有吊車作用輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1 工程概況

　　福州瑞聯(lián)鋼有限公司30萬噸冷板工程1#廠房位于馬尾連104國道西北測，廠房長度234m，跨度為21+21m，建筑面積1萬m²。吊車軌頂標(biāo)高為10.0m。見圖1，柱腳采用剛接，采用門式剛架結(jié)構(gòu)，主剛架采用熱軋H型鋼，Q345B級。屋面坡度采用1/10。計算軟件采用鋼結(jié)構(gòu)STS軟件。至今該工程已竣工投產(chǎn)近一年。

圖1 建筑剖面圖

2 基礎(chǔ)設(shè)計

2.1 地質(zhì)條件

　　根據(jù)巖土工程勘察報告，工程地質(zhì)情況見表1，建筑場地類別為Ⅲ類。

表1地基各巖土層設(shè)計計算指標(biāo)推薦使用值表

層

號

指 項

標(biāo) 目

值

巖土層

名稱

天然

容重

壓縮模量

內(nèi)聚力

內(nèi)摩擦角

承載力特征值

樁端阻力特征值q_sa和樁側(cè)阻力特征值q_sa

樁側(cè)負(fù)摩阻力系數(shù)

層厚（米）

預(yù)制樁

r

Es_1-2

Es_2-3

Es_3-4

C

φ

fak

q_sa

q_sa

ζ

kN/m³

Mpa

Kpa

度

Kpa

Kpa

0.25

1.6~2.2

①-₁

素填土

17.5

70-80

0.25

0.4~2.5

①_-2

填中砂

17.0

80-90

0.4~0.9

②

粘土

18.7

4.0-5.0

15

7.5

110-120

10-13

0.20

15.2~37.3

③

淤泥

15.6

1.5-20.

2.0-2.5

3

3.1

40-45

6-7

0.25

1.1~12.10

④

粘土

19.1

5.5-6.5

7.0-9.0

31

11.6

170-190

18-20

1088-2000

1.2~1.8

⑤

淤泥質(zhì)土

16.1

2.0-2.5

2.5-3.0

5

6.5

55-60

9-10

2.8~4.9

⑥

粘土

19.3

7.0-8.0

9.0-10.0

40

11.0

180-190

18-20

5.5~

2.2 樁基礎(chǔ)設(shè)計

　　根據(jù)工程地質(zhì)條件及電算結(jié)果，由于業(yè)主工期要求快，故采用PHC預(yù)應(yīng)力高強管樁，以粉質(zhì)粘土④為持力層。樁身進(jìn)入持力層0.8m。單樁豎向承載力特征值R=500kN，由于柱腳固接，吊車作用下，柱底彎矩較大，為使樁不出現(xiàn)拉力，而形成抗撥樁，因此必須采用雙樁，而且樁距不能按常規(guī)取3.5d。本工程邊柱最大軸壓力N=653 kN，M=-364.8 kN，V=-77.8 kN，兩樁樁距取3.2m，承臺高1.2m。墻體傳來4.1×4.5×6= 110.7kN
　　樁最小反力Nmin=(653+110.7+0.8×4.220)/2－(364.8+77.8×1.0)/3.2=262 kN＜R=600 kN
　　Nmax=568.35＜1.2R
　　中柱，N=1137 kN，V=35.4 kN，M=225.6 kN 算得 Nmin=513.9＜R= 600kN
　　Nmax=690.3＜1.2R= 720kN 經(jīng)計算滿足要求，可滿足抗沖、抗剪要求。

3 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　本工程為兩跨21m，兩臺10t+15t重級工作制吊車，柱距6m，共有39跨固接的門式剛架，為保證吊車正常運轉(zhuǎn)，廠房穩(wěn)定，滿足位移變形要求加強支撐設(shè)計和吊車制動桁架來增加廠房的整體空間剛度，全長234m，不設(shè)伸縮縫，墻體采用壓型鋼板。選用熱軋H型鋼經(jīng)選用電算定下，用鋼量最低的剛架尺寸，見圖2

圖2 剛架圖

3.1 柱間支撐設(shè)計

　　若支撐設(shè)置不當(dāng)，吊車行走時，就會造成剛架晃動，存在安全隱患，因此支撐的設(shè)置非常關(guān)鍵，因選用用鋼量小的窄翼緣H型鋼，因此柱平面外計算長度僅能取4m，在高4m處設(shè)置一道焊接鋼管側(cè)向水平支撐。交叉支撐采用角鋼，在廠房的頭、尾跨設(shè)置柱間支撐，中間跨每隔4跨設(shè)置一道。在設(shè)置柱間支撐的同一跨并設(shè)屋面支撐，為能更好傳遞風(fēng)荷載在屋面每隔4米設(shè)一道水平鋼管剛性系桿。

3.2 抗震措施

　　工程地處設(shè)防烈度7度區(qū)，房屋自重小，承載力不受地震作用效應(yīng)組合控制，可不進(jìn)行抗震計算。僅針對輕鋼結(jié)構(gòu)的特點采取抗震構(gòu)造措施。
　　構(gòu)件之間的連接均采用螺栓連接，斜梁下翼緣與剛架柱的連接均加腋，柱腳底板設(shè)抗剪鍵。增設(shè)吊車制動桁架。

3.3 隅撐的設(shè)計

　　隅撐可以用來提高屋面梁式柱的受壓翼緣穩(wěn)定能力，因此在檐口位置，剛架斜梁與柱內(nèi)翼緣交接點附近的檁條和墻梁處，各設(shè)置一對隅撐。在斜梁下翼緣受壓區(qū)隔一檁條設(shè)隅撐，并使其間距不大于相應(yīng)受壓翼緣寬度的16倍，見圖3。

圖3隅撐的設(shè)計

3.4 高強螺栓連接設(shè)計

　　由于屋面荷載很輕，在設(shè)計荷載作用下，斜梁與柱的連接部位主要承受彎矩作用，剪力很小，高強螺栓以受拉為主。剪力由連接構(gòu)件間的摩擦力傳遞剪力。本工程建筑大量采用陽光板，開窗面積少，風(fēng)順力大減少，相應(yīng)剪力也小，選用摩擦型高強螺栓，因此表面可不作專門處理。不必進(jìn)行摩擦而抗滑移試驗，這有助于提高效益和降低成本。

3.5 檁條設(shè)計

　　檁條的設(shè)計計算是最為困難的。首先，在目前設(shè)計規(guī)范或規(guī)程中尚無簡單實用的計算公式供設(shè)計人員采用，其次，為節(jié)省鋼材，輕鋼結(jié)構(gòu)中的檁條除用于承擔(dān)梁的功能外往往兼作支撐體系中的壓桿，同時還通過隅撐對門式剛架的梁和柱提供側(cè)向支承。如果考慮門式剛架房屋中的蒙皮效應(yīng)，則檁條的構(gòu)造和受力計算更為復(fù)雜。檁條通常由薄鋼板冷彎成型，計算中還需考慮屈曲后的有效截面等問題，因此，精確計算檁條的承載力非常困難。在豎向荷載作用下，檁條的自由翼緣受拉，受壓翼緣由于和屋面有可靠的連接面不存在穩(wěn)定問題。
　　由于Z型連續(xù)檁條是拱接而成的連續(xù)檁條，其內(nèi)力分布較均勻剛度大，能節(jié)省用鋼量，同時在制作、運輸、安裝諸方面都很便利，因此本工程采用Q345 Z型檁條，內(nèi)力計算按如下一種簡單通用的模式考慮：按等截面連續(xù)梁計算模式，考慮活荷載按不利分布作用，光按50%活載均勻滿布得到一個效應(yīng)值S₁，再用50%活荷載按最不利隔跨分布得到一個效應(yīng)S₂。兩者相加即為最不利活荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)S。另外再考慮在支座處因搭接嵌套松動所產(chǎn)生的彎矩釋放10%。
　　在風(fēng)吸力作用下，檁條的自由翼緣受壓。因此，當(dāng)檁條下翼緣無面板側(cè)向支撐時，必須對檁條的下翼緣進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。福州地區(qū)基本風(fēng)壓為0.7 kN/m²，按門式剛架技術(shù)規(guī)程附錄E公式計算結(jié)果得知，是風(fēng)吸力作用下穩(wěn)定計算起控制作用。選用Z180×70×22.2 Q345，檁距1.2m，可以滿足要求。

4 結(jié)語

　　本工程至今已竣工投產(chǎn)近一年，吊車運轉(zhuǎn)正常，經(jīng)歷幾次強臺風(fēng)和冬夏大溫差的考驗，均能滿足正常使用要求，取得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
　　輕鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是節(jié)材高效，耗鋼少，自重輕，制造安裝運輸簡便，工期短，可拆遷，定型批量生產(chǎn)易于實現(xiàn)商品化等。近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。本工程采用剛接柱腳和Q345鋼使用鋼量減少了許多，經(jīng)對比驗算采用Q345鋼的用鋼量比采用Q235鋼的用鋼量下降16%左右，采用較平緩坡度（1/10）的門式剛度也可節(jié)約鋼材。為達(dá)到進(jìn)一步減少鋼耗，降低成本的目的，還可以采用各種先進(jìn)的科技手段，如引入預(yù)應(yīng)力技術(shù)以加強結(jié)構(gòu)剛度和承載力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，若能在檁條中張拉板材可以防止風(fēng)吸力下的局部失穩(wěn)和提高彈性受力幅值，將可大大減少檁條的用鋼量。為此，在謀求改進(jìn)方面希望本文能起到拋磚引玉的作用，同時我們期待著與專家同行的合作。請大家共同關(guān)注與探討并指正。

參考文獻(xiàn)

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